DE102019007445A1

DE102019007445A1 - Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens, sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102019007445A1
Application number: DE102019007445.9A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Mueller; Christian Dominik Ladwig; Michael Heinrichsmeyer; Heiko Beil; Georg Grasi; Uwe Kronmüller; Miriam Florack
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2019-10-25
Filing date: 2019-10-25
Publication date: 2021-04-29

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungseinrichtung (10) zum Nachbehandeln von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine (12) eines Kraftfahrzeugs, mit einem ersten Nachbehandlungselement (16), welches ein erstes Substrat (18) und eine zum Speichern von Stickoxiden aus dem Abgas ausgebildete Beschichtung (20) aufweist, mit welcher das Substrat (18) versehen ist, mit einem stromab des ersten Nachbehandlungselements (16) angeordneten, elektrischen Heizelement (22) zum Erwärmen des Abgases, und mit einem stromab des Heizelements (22) angeordneten SCR-System (26), wobei stromab des Heizelements (22) und stromauf des SCR-Systems (26) ein zweites Nachbehandlungselement (30) angeordnet ist, welches ein zweites Substrat (32) und eine oxidationskatalytische Beschichtung (34) aufweist, mit welcher das zweite Substrat (32) versehen ist, und wobei das zweite Substrat (32) frei von elektrischen Heizeinrichtungen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug.
Die DE 10 2018 118 035 A1 offenbart ein Abgasnachbehandlungssystem, welches eine Oxidationskatalysatorvorrichtung umfasst, die konfiguriert ist, Abgase an einer stromaufwärtigen Seite zu erhalten und Abgase an einer stromabwärtigen Seite freizusetzen. Die Oxidationskatalysatorvorrichtung umfasst eine katalytische Zusammensetzung, die ein oder mehrere Oxidationskatalysatormaterialien beinhaltet, die in der Lage sind, Kohlenstoffmonoxid, Kohlenwasserstoffe und eine oder mehrere Stickoxid-Spezies zu oxidieren. Die katalytische Zusammensetzung beinhaltet außerdem ein oder mehrere Speichermaterialien, die im Einzelnen oder gemeinsam in der Lage sind, Stickoxid- und HC-Spezies zu speichern.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Abgasnachbehandlungseinrichtung zu schaffen, sodass eine besonders vorteilhafte Abgasnachbehandlung realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Abgasnachbehandlungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine eines vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildeten Kraftfahrzeugs. Dies bedeutet, dass das vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildete Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die Verbrennungskraftmaschine umfasst und dabei mittels der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist. Außerdem umfasst das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die Abgasnachbehandlungseinrichtung, welche beispielsweise eine von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbare Abgasanlage ist oder Bestandteil einer solchen Abgasanlage ist. Somit ist die Abgasnachbehandlungseinrichtung von dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbar, wobei das Abgas mittels der Abgasnachbehandlungseinrichtung nachbehandelt werden kann.
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung umfasst ein erstes Nachbehandlungselement, welches definiert ist als die Kombination eines ersten Substrats mit einer Beschichtung, die zum, insbesondere zumindest vorübergehenden, Speichern von Stickoxiden aus dem Abgas versehen ist. Die zum, insbesondere zumindest vorübergehenden, Speichern von Stickoxiden (NOx) aus dem Abgas ausgebildete Beschichtung wird auch als erste Beschichtung bezeichnet. Unter dem Merkmal, dass das erste Substrat mit der ersten Beschichtung versehen ist, kann insbesondere verstanden werden, dass das erste Substrat die erste Beschichtung trägt. Die erste Beschichtung umfasst beispielsweise wenigstens ein Material oder mehrere Materialien, wobei das Material beziehungsweise die Materialien, insbesondere jeweils einzeln oder gemeinsam, in der Lage sind, wenigstens eine oder mehrere Stickoxid-Arten aus dem Abgas zu speichern. Das erste Nachbehandlungselement ist somit ein einfach auch als Speicherkatalysator oder Speicherkat bezeichneter Stickoxid-Speicherkatalysator, welcher auch als NOx-Speicherkat, NOx-Speicherkatalysator, NSC oder NSK oder auch als PNA (passiver NOx-Adsorber) bezeichnet wird oder das erste Nachbehandlungselement fungiert oder arbeitet als ein solcher Stickoxid-Speicherkatalysator. Dabei ist die erste Beschichtung von dem die Abgasnachbehandlungseinrichtung durchströmenden Abgas umströmbar, wodurch im Abgas enthaltene Stickoxide mittels der Beschichtung zumindest vorübergehend durch Chemi- und/oder Physisorption gespeichert werden können. Das jeweilige, zuvor genannte Material, welches zum Speichern von Stickoxiden aus dem Abgas genutzt wird, wird auch als Speichermaterial bezeichnet.
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung umfasst auch ein elektrisches Heizelement zum Erwärmen des Abgases, wobei das elektrische Heizelement in Strömungsrichtung des die Abgasnachbehandlungseinrichtung durchströmenden Abgases stromab des ersten Nachbehandlungselements und somit des ersten Substrats angeordnet ist. Das elektrische Heizelement ist somit separat von dem ersten Nachbehandlungselement und insbesondere vollständig stromab des ersten Nachbehandlungselements angeordnet. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass das erste Substrat separat von dem elektrischen Heizelement ausgebildet ist und, insbesondere jeweils vollständig, stromauf des elektrischen Heizelements angeordnet ist. Unter dem Merkmal, dass mittels des elektrischen Heizelements das Abgas erwärmt werden kann, ist insbesondere zu verstehen, dass das Abgas mittels des elektrischen Heizelements unter Nutzung von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom erwärmt beziehungsweise beheizt werden kann. Hierzu ist beziehungsweise wird das elektrische Heizelement mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom versorgbar beziehungsweise versorgt. Der elektrische Strom fließt beispielsweise durch das insbesondere als Widerstandsheizung ausgebildete, elektrische Heizelement, wodurch beispielsweise das elektrische Heizelement selbst erwärmt wird. Das elektrische Heizelement ist insbesondere von dem Abgas durchströmbar oder umströmbar. Dadurch kann ein Wärmeübergang von dem erwärmten beziehungsweise warmen Heizelement an das das Heizelement durchströmende Abgas erfolgen, wodurch das Abgas erwärmt wird.
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung umfasst außerdem ein SCR-System. Unter einem SCR-System soll im Rahmen der Erfindung sowohl ein SCR-Katalysator als auch ein mit einer SCR-Beschichtung versehener Partikelfilter (SDPF) als auch eine Kombination aus diesen beiden verstanden werden. Das SCR-System ist insbesondere vollständig, stromab des Heizelements und somit, insbesondere vollständig, stromab des ersten Nachbehandlungselements angeordnet. Somit ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das SCR-System separat von dem ersten Substrat, separat von dem Heizelement ausgebildet und, insbesondere vollständig, stromab des ersten Substrats, insbesondere vollständig und, insbesondere vollständig, stromab des Heizelements angeordnet ist. Das SCR-System ist dazu ausgebildet, die beziehungsweise eine selektive katalytische Reduktion (SCR - Selective Catalytic Reduction - selektive katalytische Reduktion) katalytisch zu unterstützen und/oder zu bewirken, wobei mittels beziehungsweise im Rahmen der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) im Abgas enthaltene Stickoxide unter Nutzung von Ammoniak in Wasser und Stickstoff umgewandelt werden.
Um nun das Abgas besonders vorteilhaft nachbehandeln zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Abgasnachbehandlungseinrichtung ein zweites Nachbehandlungselement umfasst, welches in Strömungsrichtung des die Abgasnachbehandlungseinrichtung durchströmenden Abgases, insbesondere vollständig, stromab des Heizelements und, insbesondere vollständig, stromauf des SCR-Systems angeordnet ist. Das zweite Nachbehandlungselement weist ein zweites Substrat und eine oxidationskatalytische Beschichtung auf, mit welcher das zweite Substrat versehen ist. Die oxidationskatalytische Beschichtung des zweiten Nachbehandlungselements wird auch als zweite Beschichtung bezeichnet. Unter dem Merkmal, dass das zweite Substrat mit der oxidationskatalytischen Beschichtung versehen ist, ist insbesondere zu verstehen, dass das zweite Substrat die zweite Beschichtung trägt. Das zweite Nachbehandlungselement, insbesondere die zweite Beschichtung, ist dazu ausgebildet, im Abgas enthaltene Kohlenstoffmonoxide (CO), im Abgas enthaltene, unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) und im Abgas enthaltenes Stickstoffmonooxid zu oxidieren. Hierzu umfasst beispielsweise die zweite Beschichtung wenigstens ein Oxidationskatalysatormaterial oder mehrere Oxidationskatalysatormaterialien, wobei das Oxidationskatalysatormaterial beziehungsweise die Oxidationskatalysatormaterialien, insbesondere jeweils einzeln oder gemeinsam, in der Lage sind, im Abgas enthaltene Kohlenstoffmonoxide, im Abgas enthaltene, unverbrannte Kohlenwasserstoffe und im Abgas enthaltenes Stickstoffmonooxid, das heißt Kohlenstoffmonoxide, unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Stickstoffmonooxid aus dem Abgas zu oxidieren.
Das zweite Substrat ist separat von dem Heizelement, separat von dem SCR-System und separat von dem ersten Substrat ausgebildet und dabei, insbesondere vollständig, stromab des Heizelements, insbesondere vollständig, stromab des ersten Nachbehandlungselements und somit vollständig, stromab des ersten Substrats, und, insbesondere vollständig, stromauf des SCR-Systems angeordnet, sodass vorzugsweise das SCR-System, insbesondere vollständig, stromab des zweiten Nachbehandlungselements und somit, insbesondere vollständig, stromab des zweiten Substrats angeordnet ist.
Des Weiteren ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das zweite Substrat frei von elektrischen Heizeinrichtungen, insbesondere zum direkten Erwärmen des zweiten Substrats, ist. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass das zweite Substrat nicht mit einer elektrischen Heizeinrichtung versehen ist, sodass das zweite Substrat keine elektrische Heizeinrichtung trägt und sodass keine elektrische Heizeinrichtung in dem Substrat aufgenommen ist und sodass keine elektrische Heizeinrichtung das Substrat direkt berührt.
Wieder mit anderen Worten ausgedrückt ist unter dem Merkmal, dass das zweite Substrat frei von elektrischen Heizeinrichtungen ist, zu verstehen, dass das zweite Substrat nicht direkt elektrisch beheizbar ist, sondern beispielsweise bezogen auf eine direkte elektrische Beheizung des zweiten Substrats und eine Erwärmung des zweiten Substrats nahezu ausschließlich mittels des Abgases erwärmt werden kann.
Beispielsweise sind das erste Nachbehandlungselement, das Heizelement und das zweite Nachbehandlungselement Bestandteile eines sogenannten Hybridkatalysators oder auch Kombinationskatalysators beziehungsweise das erste Nachbehandlungselement, das zweite Nachbehandlungselement und das insbesondere dazwischen angeordnete Heizelement bilden einen sogenannten Hybridkatalysator oder Kombinationskatalysator, welcher auch als Komponente oder erste Komponente bezeichnet wird. Die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungseinrichtung hat insbesondere den Vorteil, dass das in Strömungsrichtung des Abgases vorderste, NOx speichernde erste Nachbehandlungselement Stickoxide in einer Kaltstartphase der Verbrennungskraftmaschine und somit bereits bei geringen Temperaturen des Abgases sowie auch in anderen Phasen speichern kann, in denen die Temperatur des SCR-Systems zu gering für eine hinreichende Umsetzung von Stickoxid-Emissionen ist. Unter der zuvor genannten Umsetzung der Stickoxid-Emissionen ist das zuvor beschriebene, mittels des SCR-Systems katalytisch unterstützbare und/oder bewirkbare Umwandeln der Stickoxide in Stickstoff und Wasser im Rahmen der SCR zu verstehen. Ferner kann bei der Erfindung sichergestellt werden, dass das erste Nachbehandlungselement mittels des beispielsweise als Heizscheibe ausgebildeten Heizelements, insbesondere durch dessen Heizleistung, nicht erwärmt wird, wodurch im Vergleich zu einer Erwärmung des ersten Nachbehandlungselements eine größere Menge an Stickoxiden länger gespeichert werden kann, bevor aufgrund von hohen Temperaturen und/oder einem vollen Speicher eine Fähigkeit beziehungsweise Speicherkapazität des ersten Nachbehandlungselements, Stickoxid aus dem Abgas zu speichern, erschöpft ist oder das beispielsweise durch Adsorption gespeicherte und somit adsorbierte Stickoxid wieder thermisch desorbiert, das heißt aus dem ersten Nachbehandlungselement ausgespeichert beziehungsweise entfernt wird.
Mittels des stromab des ersten Nachbehandlungselements angeordneten Heizelements kann insbesondere das stromab des Heizelements angeordnete zweite Nachbehandlungselement erwärmt werden, welches insbesondere als Oxidationskatalysator und ganz insbesondere als Dieseloxidationskatalysator (DOC) arbeiten beziehungsweise fungieren oder wirken kann. Auch kann das stromab des zweiten Nachbehandlungselements angeordnete SCR-System mittels des Heizelements erwärmt werden. Hierzu wird mittels des Heizelements das Abgas erwärmt, welches stromab des Heizelements das zweite Nachbehandlungselement durchströmt und das SCR-System durchströmt, wodurch das zweite Nachbehandlungselement und das SCR-System erwärmt werden.
Mithilfe des Heizelements können besonders hohe Temperaturen des zweiten Nachbehandlungselements realisiert werden beziehungsweise das zweite Nachbehandlungselement kann auch bei geringen Umgebungstemperaturen und vor allem bei geringen vom Motor kommenden Abgastemperaturen besonders schnell erwärmt werden. Durch solche, vorteilhaft hohe Temperaturen des zweiten Nachbehandlungselements können sowohl Kohlenmonoxid-Emissionen als auch Emissionen von unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC-Emissionen) in der Kaltstartphase besonders geringgehalten werden, da die sogenannte, als auch light-off-Temperatur bezeichnete Anspringtemperatur des zweiten Nachbehandlungselements besonders frühzeitig insbesondere nach einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine erreicht werden kann. Die Anspringtemperatur ist eine solche Temperatur, ab der das zweite Nachbehandlungselement eine besonders vorteilhafte und hohe Umsetzungsrate aufweist, das heißt im Abgas enthaltene Kohlenmonoxide, unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Stickstoffmonooxid besonders vorteilhaft oxidieren kann. Dabei können vorteilhaft hohe Temperaturen des zweiten Nachbehandlungselements mittels des Heizelements erreicht werden, ohne die auch als Speicherfähigkeit bezeichnete Fähigkeit des ersten Nachbehandlungselements, Stickoxide zu speichern, negativ zu beeinflussen. Zusätzlich kann das besonders frühe Erreichen der Anspringtemperatur dazu genutzt werden, besonders früh mit innermotorischen Maßnahmen zu beginnen und mittels solcher innenmotorischer Maßnahmen zusätzlich Exothermie über das oxidierende, zweite Nachbehandlungselement zu erzielen. Außerdem kann eine Mischstrecke zur Aufbereitung des Abgas-AdBlue-Gemischs und/oder das SCR-System, insbesondere wenn das SCR-System motornah in der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet ist, besonders schnell erwärmt werden. Unter dem Merkmal, dass das SCR-System motornah in der Abgasnachbehandlungseinrichtung ist, soll insbesondere verstanden werden, dass die Verbrennungskraftmaschine und das SCR-System gemeinsam im Motorraum des Kraftfahrzeugs angeordnet sind.
Entlang der Mischstrecke kann beispielsweise ein insbesondere als wässrige Harnstofflösung ausgebildetes Reduktionsmittel, welches in dem Abgas eingebracht beziehungsweise eindosiert wird, mit dem Abgas vermischt werden, wobei die Mischstrecke beispielsweise stromauf des SCR-Systems verläuft. Das Reduktionsmittel stellt den zuvor genannten Ammoniak bereit, mit dessen Hilfe im Rahmen der SCR die Stickoxide zu Wasser und Stickstoff umgewandelt werden. Zum Eindosieren des Reduktionsmittels in das Abgas ist insbesondere ein Dosierelement vorgesehen, welches, insbesondere vollständig, stromauf des SCR-Systems und insbesondere vollständigstromab des zweiten Nachbehandlungselements, insbesondere stromab des Hybridkatalysators, angeordnet ist. Die Mischstrecke erstreckt sich dabei beispielsweise von einer Stelle, an welcher mittels des Dosierelements das Reduktionsmittel in das Abgas einbringbar, insbesondere einspritzbar, ist, bis zu den oder von dem SCR-System, insbesondere bis zu dessen Eingang beziehungsweise Beginn.
Bei der Erfindung kann ein besonders vorteilhaftes Verhältnis aus besonders geringen Stickoxid-Emissionen in der Kaltstartphase und dem dafür in Summe aufgewendeten Kohlendioxid (CO₂) realisiert werden, wobei dieses in Summe aufgewendete Kohlendioxid resultiert aus elektrischer Heizenergie zum Betreiben des Heizelements, das heißt zum mittels des Heizelements bewirkten Erwärmen des Abgases und aus zusätzlicher Kraftstoffeinspritzung zur Erzeugung von Exothermie auf dem zweiten Substrat beziehungsweise der zweiten Beschichtung. Darüber hinaus wird das Stickstoffdioxid/Stickoxid-Verhältnis (NO₂/NOx-Verhältnis) über das zweite Nachbehandlungselement durch die höheren Temperaturen angehoben, woraus eine verbesserte Umsetzung der Stickoxid-Emissionen in dem SCR-Katalysator beziehungsweise in einem SCR-System resultiert, welches beispielsweise den SCR-Katalysator sowie vorzugsweise auch einen Partikelfilter, insbesondere einen Dieselpartikelfilter (DPF) umfasst. Der Partikelfilter ist beispielsweise stromab des SCR-Katalysators angeordnet und kann eine katalytische Beschichtung aufweisen, die bezüglich der SCR katalytisch wirksam ist, das heißt die SCR katalytisch bewirkt und/oder unterstützt. Insbesondere kann eine besonders schnelle SCR aufgrund des verbesserten NO2/NOx-Verhältnisses durch die Erfindung realisiert werden.
Das SCR-System wird beispielsweise durch die elektrischen und die durch diese früher ermöglichten motorischen, insbesondere innermotorischen, Heizmaßnahmen schneller erwärmt und erreicht deshalb früher eine vorteilhafte Temperatur, um wirkungsvoll Stickoxide zu reduzieren. Insbesondere kann eine Temperaturfreigabe für das Eindosieren des Reduktionsmittels in das Abgas durch die erhöhte Temperatur früher erfolgen. Somit kann ein Ammoniak-Füllstand auf dem SCR-System, wobei dieser Ammoniak-Füllstand zur Umsetzung von Stickoxid insbesondere bei tiefen Temperaturen benötigt wird, früher aufgebaut werden. Unter dem Ammoniak-Füllstand (NH3-Füllstand) ist beispielsweise eine Menge an Ammoniak zu verstehen, die in dem beziehungsweise durch das SCR-System beziehungsweise in dem beziehungsweise durch den SCR-Katalysator adsorbiert und somit gespeichert ist.
Durch die Positionierung beziehungsweise Anordnung des Heizelements in Strömungsrichtung des die Abgasnachbehandlungseinrichtung durchströmenden Abgases hinter dem als NOx-Speicherelement fungierenden, ersten Nachbehandlungselement wird ein Ausspeichern aufgrund der Heizleistung des Heizelements verhindert. Durch das aktive Heizen des SCR-Systems kann so das SCR-System besonders schnell auf dessen Anspringtemperatur gebracht werden, damit es beim Ausspeichern der Speicherkomponenten aufgrund von hohen Temperaturen, stammend von dem Abgas beziehungsweise Abgasstrom, in der Lage ist, die ausgespeicherten Stickoxid-Emissionen aufzunehmen. Insbesondere wird somit das Zusammenspiel zwischen temporär speichernder Komponente und kontinuierlich umsetzender SCR-Komponente in Form des SCR-Katalysators beziehungsweise des SCR-Systems optimiert.
Die erfindungsgemäße Anordnung und Dimensionierung der Bauelemente bringt nicht die Nachteile einer Anordnung eines Heizelements stromauf zweier Nachbehandlungselemente wie Stickoxidspeicherkatalysator (NSK) und Oxidationskatalysator (OC oder DOC) beziehungsweise stromauf eines Nachbehandlungselements (NSK oder DOC) größeren Volumens mit sich. Ein oder mehrere Nachbehandlungselemente mit einem in Summe größerem Volumen stromauf der Heizscheibe weisen nachteilhaft eine höhere Wärmekapazität auf, was zu einem langsameren Temperaturanstieg und späteren Anspringen von dahinter angeordneten Bauelementen und/oder Nachbehandlungselementen, insbesondere eines SCR-Systems, führt. Darüber hinaus werden Stickoxide vom nun hinter der Heizscheibe liegenden NSK aufgrund der erhöhten Temperaturen zu früh wieder ausgespeichert, um vom dahinterliegenden SCR-System umgesetzt werden zu können und es können keine Stickoxide mehr gespeichert werden im Fall, dass ausschließlich eine oxidativkatalytische, nicht speichernde Beschichtung mit vergrößertem Volumen als einziges Nachbehandlungselement der ersten Komponente verbaut ist.
Die erfindungsgemäße Anordnung und Dimensionierung der Nachbehandlungselemente bringt auch nicht die Nachteile einer Anordnung eines Heizelements stromab zweier Nachbehandlungselemente NSK und Oxidationskatalysator beziehungsweise stromab eines Nachbehandlungselements (NSK oder DOC) größeren Volumens mit sich. Ein oder mehrere Nachbehandlungselemente mit einem in Summe größerem Volumen stromab der Heizscheibe weisen nachteilhaft eine geringere NO2-Erzeugung und eine schlechte HC und CO-Konversion aufgrund der geringeren Temperaturen in der Kaltstartphase auf, wobei nicht oxidierte HC-Moleküle vom SCR-System gespeichert werden können und zu einem verzögerten Anspringen und folglich einer Verschlechterung der NOx-Reduktion über das SCR-System führen.
Eine reine Optimierung der Varianten mit Heizscheibe stromauf oder stromab aller Nachbehandlungselemente der ersten Komponente ist dabei nicht in der Lage, die Nachteile der jeweiligen Variante im selben Maße zu kompensieren wie die vorliegende Erfindung. Durch die erfindungsgemäße Anordnung ist zudem vorteilhaft eine über Alterung abnehmende NOx-Speichermenge des ersten Nachbehandlungselements durch eine höhere Heizleistung und/oder längere Heizdauer des Heizelements in der Kaltstartphase der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung kompensierbar.
Als besonders vorteilhaft hat sich eine Ausgestaltung der Erfindung gezeigt, bei welcher zumindest das erste Nachbehandlungselement, das Heizelement und das zweite Nachbehandlungselement in einem gemeinsamen, auch als Canning bezeichneten Gehäuse, insbesondere des Hybridkatalysators, angeordnet sind. Das Gehäuse weist in Strömungsrichtung des das Gehäuse durchströmenden Abgases zumindest von einem Beginn des ersten Nachbehandlungselements bis zu einem Ende des zweiten Nachbehandlungselements durchgehend den gleichen und somit konstanten Außenumfang, insbesondere Außendurchmesser, und/oder die gleiche beziehungsweise konstante Form auf. Hierdurch kann der Hybridkatalysator beispielsweise im Rahmen einer Herstellung des Kraftfahrzeugs besonders einfach und somit zeit- und kostengünstig gehandhabt und verbaut werden. Außerdem können dadurch besonders vorteilhafte Strömungsbedingungen realisiert werden, da sich nur geringste beispielsweise durch Engstellen, variierende Durchmesser oder Verwirbelungen bewirkte Druckverluste ergeben. Außerdem können weiter vorteilhafte Temperaturbedingungen realisiert werden, da in der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung dieser Ausgestaltung sehr geringe Wandwärmeverluste und dadurch geringe Temperaturverluste darstellbar sind. Zur Realisierung einer besonders vorteilhaften Abgasnachbehandlung hat es sich als weiterhin besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das erste Substrat und/oder das zweite Substrat aus einem metallischen oder keramischen Werkstoff gebildet ist.
Das erste Nachbehandlungselement, insbesondere die erste Beschichtung, ist vorzugsweise dazu ausgebildet, Stickoxide bei sehr niedrigen Temperaturen einzuspeichern und bei höheren Temperaturen thermisch wieder auszuspeichern, das heißt freizugeben. Vorzugsweise folgt das Heizelement direkt auf das erste Nachbehandlungselement, sodass vorzugsweise in Strömungsrichtung des Abgases zwischen dem Heizelement und dem ersten Nachbehandlungselement keine anderen, weiteren Nachbehandlungselemente angeordnet sind. Ferner hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das zweite Nachbehandlungselement direkt beziehungsweise unmittelbar auf das Heizelement folgt, sodass in Strömungsrichtung des Abgases zwischen dem Heizelement und dem zweiten Nachbehandlungselement keine anderen, weiteren Nachbehandlungselemente zum Nachbehandeln des Abgases angeordnet sind.
Vorzugsweise ist wenigstens eines der Substrate oder beide Substrate so gefertigt oder ausgebildet, dass das eine Substrat als ein Stützelement, insbesondere als ein Stützkatalysator, für das beispielsweise als Heizscheibe ausgebildete Heizelement fungiert oder ausgebildet ist.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Heizelement in Strömungsrichtung des Abgases kürzer als das erste Nachbehandlungselement und kürzer als das zweite Nachbehandlungselement ist. Vorzugsweise ist das Heizelement in Strömungsrichtung des Abgases sehr kurz, sodass beispielsweise das Heizelement in Strömungsrichtung des Abgases kürzer als zwei Zoll ist. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Heizelement eine in Strömungsrichtung des Abgases verlaufende Länge aufweist, welche geringer als zwei Zoll ist. Das Heizelement kann ein nicht-beschichtetes Heizelement sein. Somit ist das Heizelement beispielsweise frei von Materialien, welche in der Lage sind, im Abgas enthaltene Bestandteile wie Kohlenmonoxide, unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Stickoxide katalytisch zu oxidieren und/oder im Abgas enthaltene Stickoxide zu speichern.
Ferner ist es denkbar, dass das Heizelement als ein beschichtetes Heizelement ausgebildet ist. Das Heizelement ist somit beispielsweise mit einer der beiden ersten oder auch einer dritten Beschichtung versehen, welche vorzugsweise dazu ausgebildet, im Abgas enthaltene Stickoxide, im Abgas enthaltene Kohlenmonoxide und im Abgas enthaltene, unverbrannte Kohlenwasserstoffe zu oxidieren. Somit kann das Heizelement beispielsweise als sogenannter E-CAT oder als EHC (heizbare Katalysator) ausgebildet sein. Das Heizelement ist beispielsweise eine Widerstandsheizung beziehungsweise ein Widerstandsheizelement, welches aus wenigstens einer Heizdrahtwicklung gebildet ist oder wenigstens oder genau eine solche Heizdrahtwicklung aufweist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Hybridkatalysator ein sich in Strömungsrichtung des Abgases von einem Beginn beziehungsweise Eingang des ersten Nachbehandlungselements bis zu einem Ende des beziehungsweise Ausgang des zweiten Nachbehandlungselements durchgehend erstreckendes Gesamtvolumen auf. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass das erste Nachbehandlungselement an seinem Beginn anfängt beziehungsweise beginnt, wobei das zweite Nachbehandlungselement an seinem Ende endet.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das erste Nachbehandlungselement ein sich in Strömungsrichtung des Abgases von dem Beginn des ersten Nachbehandlungselements bis zu einem Ende beziehungsweise Ausgang des ersten Nachbehandlungselements durchgehend erstreckendes, erstes Einzelvolumen aufweist, wobei das zweite Nachbehandlungselement ein sich in Strömungsrichtung des Abgases von einem Beginn beziehungsweise Eingang des zweiten Nachbehandlungselements bis zu dem Ende des zweiten Nachbehandlungselements durchgehend erstreckendes zweites Einzelvolumen aufweist. Vorzugsweise sind die Einzelvolumina in Summe größer als 75% des Gesamtvolumens, wodurch sich eine besonders vorteilhafte Abgasnachbehandlung darstellen lässt.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Heizelement bezogen auf das sich von dem Beginn des ersten Nachbehandlungselements bis zu dem Ende des zweiten Nachbehandlungselements erstreckende Volumen beziehungsweise bezogen auf die sich von dem Beginn des ersten Nachbehandlungselements bis zu dem Ende des zweiten Nachbehandlungselements verlaufende Erstreckung des Gesamtvolumens in dessen mittleren Drittel angeordnet. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass sich das vorzugsweise als Heizscheibe ausgebildete Heizelement immer im mittleren Drittel des Hybridkatalysators befindet. Mit anderen Worten sind das erste Nachbehandlungselement und das zweite Nachbehandlungselement ähnlich in Bezug auf Größe und Länge.
In dem Falle, dass das Heizelement eine katalytisch aktive Beschichtung in Form der dritten Beschichtung aufweist, befindet sich weniger katalytischer aktives Material auf dem Heizelement als auf jedem einzelnen der beiden Substrate des Hybridkatalysators, und die gegebenenfalls vorgesehene, katalytisch aktive, dritte Beschichtung nimmt weniger Volumen als jedes der beiden Substrate beziehungsweise jede der beiden Beschichtungen der Substrate ein. Diese spezielle Anforderung ergibt sich aus der Tatsache, dass das elektrische Heizelement allein weder die Speicher- noch Oxidationsfunktion aufgrund seiner geringen, beschichtbaren Oberfläche in ausreichendem Umfang erfüllen kann. Gleichzeitig kann das Heizelement nicht vergrößert werden, da die benötigten, elektrischen Ströme für eine ausreichende Heizleistung im Fahrzeug nicht darstellbar sind. Bei fest vorgegebener Bordnetzspannung von beispielsweise 48 V fällt wegen U=R·I bei länger werdendem Heizdraht, also auch dicker werdendem Heizelement (Heizscheibe), die Stromstärke ab, sodass die durch P=I U beschriebene Heizleistung und damit die maximale Temperatur des Heizelements abfallen und zu gering werden. Eine Heizleistung von ca. 4 kW wird erfindungsgemäß vorgeschlagen. Eine ausreichend hohe Maximaltemperatur des auch als Heizer bezeichneten Heizelements ist jedoch notwendig für eine gute Wärmeübertragung auf das Abgas und insbesondere dessen Massenstrom, da der übertragbare Wärmestrom proportional zu der Temperaturdifferenz zwischen Heizer und Abgasmassenstrom ist. Zudem ist ein Heizer mit hoher, maximaler Heizleistung verbrauchsärmer, da dieser dann, wenn wenig Heizleistung benötigt wird, wie im Niederlastbetrieb in der Stadt, dem hauptsächlichen Betriebszustand des Heizers, nur eine kürzere Zeit eingeschaltet werden muss.
Um eine besonders vorteilhafte Abgasnachbehandlung zu realisieren, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das erste Substrat frei von elektrischen Heizeinrichtungen, insbesondere zum direkten Erwärmen des ersten Substrats, ist. Diesbezüglich können die vorigen Ausführungen zu dem zweiten Substrat ohne weiteres auch auf das erste Substrat übertragen werden und umgekehrt.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildetes Kraftfahrzeug, welches eine Verbrennungskraftmaschine aufweist, mittels welcher das Kraftfahrzeug antreibbar ist. Außerdem umfasst das Kraftfahrzeug eine erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungseinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Fig. alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.
Die einzige Fig. zeigt in einer schematischen Darstellung eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 für eine vorzugsweise als Hubkolbenmaschine ausgebildete Verbrennungskraftmaschine 12 eines Kraftfahrzeugs. Dies bedeutet, dass das vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildete Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die Verbrennungskraftmaschine 12 und die Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 umfasst und mittels der Verbrennungskraftmaschine 12 angetrieben werden kann. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 ist eine von Abgas der Verbrennungskraftmaschine 12 durchströmbare Abgasanlage oder Bestandteil einer solchen Abgasanlage. Somit ist die Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 von Abgas, insbesondere aus Zylindern 14 der Verbrennungskraftmaschine 12, durchströmbar.
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 weist ein erstes Nachbehandlungselement 16 auf, welches ein erstes Substrat 18 und eine erste Beschichtung 20 aufweist, mit welcher das Substrat 18 versehen, insbesondere beschichtet, ist. Somit trägt das erste Substrat 18 die erste Beschichtung 20. Die erste Beschichtung 20 ist zum zumindest vorübergehenden Speichern von Stickoxiden (NOx) aus dem Abgas ausgebildet und somit durch wenigstens ein oder mehrere Speichermaterialien gebildet. Dies bedeutet, dass das Speichermaterial zum Speichern von Stickoxiden aus dem Abgas ausgebildet ist. Umfasst die Beschichtung 20 beispielsweise mehrere Speichermaterialien, so sind die Speichermaterialien jeweils einzeln oder gemeinsam in der Lage, Stickoxide aus dem Abgas zumindest vorübergehend zu speichern. Hierzu kann das Abgas aus den Zylindern 14 das Nachbehandlungselement 16, insbesondere die erste Beschichtung 20, umströmen, sodass mittels der Beschichtung 20 im Abgas enthaltene Stickoxide zumindest vorübergehend gespeichert werden, insbesondere durch Adsorption.
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 umfasst außerdem ein, insbesondere vollständig, stromab des ersten Nachbehandlungselements 16 angeordnetes, elektrisches Heizelement 22, mittels welchem das Abgas elektrisch, das heißt unter Nutzung von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom, erwärmt werden kann. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Nachbehandlungselement 16 und somit das Substrat 18 und die Beschichtung 20 jeweils vollständig stromauf des Heizelements 22 angeordnet sind.
Das Heizelement 22 umfasst beispielsweise wenigstens oder genau ein Widerstandsheizelement 24, welches beispielsweise als ein Heizdraht ausgebildet ist. Durch Versorgen des Heizelements 22 mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom kann der elektrische Strom durch das Widerstandsheizelement 24 fließen. Hierdurch wird das Widerstandsheizelement 24 erwärmt. Das Abgas kann das Widerstandsheizelement 24 beziehungsweise das Heizelement 22 umströmen, sodass ein Wärmeübergang von dem Heizelement 22 beziehungsweise von dem Widerstandsheizelement 24 auf das Abgas erfolgt. Hierdurch wird das Abgas erwärmt. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 umfasst darüber hinaus ein SCR-System 26, welches wenigstens oder genau einen SCR-Katalysator 28 aufweist. Das SCR-System 26 und somit der SCR-Katalysator 28 sind, insbesondere jeweils vollständig, stromab des Heizelements 22 und somit, insbesondere jeweils vollständig, stromab des ersten Nachbehandlungselements 16 angeordnet.
Um nun das Abgas der Verbrennungskraftmaschine 12 besonders vorteilhaft nachbehandeln zu können, umfasst die Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 ein zweites Nachbehandlungselement 30. Das Nachbehandlungselement 30 ist, insbesondere vollständig, stromab des Heizelements 22 und somit, insbesondere vollständig, stromab des ersten Nachbehandlungselements 16 und somit vollständig stromab des Substrats 18 und vollständig stromab der Beschichtung 20 angeordnet. Außerdem ist das zweite Nachbehandlungselement 30, insbesondere vollständig, stromauf des SCR-Katalysators 28 angeordnet, sodass der gesamte SCR-Katalysator 28 vollständig stromab des Nachbehandlungselements 30 angeordnet ist.
Das Nachbehandlungselement 30 weist ein zweites Substrat 32 und eine zweite Beschichtung 34 auf, mit welcher das Substrat 32 versehen ist. Die zweite Beschichtung 34 ist eine oxidationskatalytische Beschichtung, welche dazu ausgebildet ist, im Abgas enthaltene Stickoxide, im Abgas enthaltene Kohlenmonoxide und im Abgas enthaltene, unverbrannte Kohlenwasserstoffe zu oxidieren. Hierzu ist die Beschichtung 34 durch wenigstens ein oder mehrere, oxidationskatalytische Materialien gebildet. Das jeweilige, oxidationskatalytische Material beziehungsweise die oxidationskatalytischen Materialien sind, insbesondere jeweils einzeln oder gemeinsam, in der Lage, im Abgas enthaltene Stickoxide, im Abgas enthaltene Kohlenmonoxide und im Abgas enthaltene, unverbrannte Kohlenwasserstoffe zu oxidieren. Dabei ist das zweite Substrat 32 vollständig frei von elektrischen Heizeinrichtungen sodass das Substrat 32 und die Beschichtung 34 nicht durch eine solche Wärmeleitung direkt elektrisch erwärmt beziehungsweise beheizt werden können, in deren Rahmen von einem elektrischen Heizelement bereitgestellte Wärme ausschließlich über Feststoffe auf das Substrat 32 beziehungsweise die Beschichtung 34 übertragen wird. Da das Heizelement 22 stromauf des Nachbehandlungselements 30 angeordnet ist, sodass das die Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 durchströmende Abgas stromauf des Nachbehandlungselements 30 erwärmt werden kann, können das Substrat 32 und die Beschichtung 34 mittels des Abgases erwärmt werden, welches mittels des Heizelements 22 erwärmt wird, sodass das Substrat 32 und die Beschichtung 34 über das Abgas indirekt mittels des elektrischen Heizelements 22 erwärmt werden können, jedoch können das Substrat 32 und die Beschichtung 34 nicht direkt elektrisch beheizt beziehungsweise erwärmt werden.
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 umfasst darüber hinaus ein Dosierelement 36, mittels welcher an wenigstens oder genau einer Stelle S ein Reduktionsmittel in das die Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 durchströmende Abgas einbringbar, insbesondere einspritzbar, ist. Das Reduktionsmittel ist vorzugsweise eine wässrige Harnstofflösung. Die Stelle S ist in Strömungsrichtung des die Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 durchströmenden Abgases, insbesondere vollständig, stromab des Nachbehandlungselements 30 und stromauf des SCR-Katalysators 28 angeordnet.
Wie aus der Fig. erkennbar ist, bilden die Nachbehandlungselemente 16 und 30 und das Heizelement 22 einen Hybridkatalysator 38, welcher ein den Nachbehandlungselementen 16 und 30 und dem Heizelement 22 gemeinsames, auch als Canning bezeichnetes Gehäuse 40 aufweist. Dabei sind die Nachbehandlungselemente 16 und 30 und das Heizelement 22 in dem gemeinsamen Gehäuse 40 angeordnet, welches in Strömungsrichtung des Abgases, dessen Strömungsrichtung in der Fig. durch Pfeile 42 veranschaulicht ist, zumindest von einem Beginn B1 des Nachbehandlungselements 16 bis zu einem Ende E1 des Nachbehandlungselements 30 durchgehend den gleichen Außenumfang A und die gleiche Form aufweist. Beispielsweise ist das Gehäuse 40 zumindest von dem Beginn B1 bis zu dem Ende E1 vollständig durchgehend außenumfangsseitig zylindrisch und somit in Form eines geraden Kreiszylinders ausgebildet, sodass beispielsweise Gehäuse zumindest von dem Beginn B1 bis zu dem Ende E1 durchgehend den gleichen Außendurchmesser aufweist.
Außerdem ist aus der Fig. erkennbar, dass das Heizelement 22 in Strömungsrichtung des Abgases wesentlich kürzer als das jeweilige Nachbehandlungselement 16 und 30 ist und beispielsweise kürzer als 2 Zoll ist. Außerdem weist der Bildkatalysator 30 ein zumindest von dem Beginn B1 bis zu dem Ende E1 erstreckendes Gesamtvolumen V auf. Außerdem weisen die Nachbehandlungselemente 16 und 30 jeweilige Einzelvolumen auf, welche in Summe vorzugsweise größer als 75% des Gesamtvolumens V sind. Das Einzelvolumen des ersten Nachbehandlungselement 16 erstreckt sich in Strömungsrichtung des Abgases von dem Beginn B1 des ersten Nachbehandlungselements 16 bis zu einem Ende E2 des ersten Nachbehandlungselements 16 durchgehend, und das Einzelvolumen des zweiten Nachbehandlungselements 30 erstreckt sich in Strömungsrichtung des Abgases von einem Beginn B2 des zweiten Nachbehandlungselements 30 bis zu dem Ende E1 des zweiten Nachbehandlungselements 30. Außerdem ist es vorgesehen, dass das Heizelement 22 bezogen auf eine sich von dem Beginn B1 bis zu dem Ende E1 verlaufende Erstreckung des Gesamtvolumens V beziehungsweise des Hybridkatalysators 38 in dessen mittleren Drittel angeordnet ist.
Des Weiteren ist es vorgesehen, dass auch das erste Substrat 18 frei von elektrischen Heizeinrichtungen ist. Zur Gestaltung der Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 wurden Versuche mit Fahrzyklen durchgeführt, bei denen insbesondere Drehzahl, Fahrgeschwindigkeit und Luftmassenstrom berücksichtigt wurden. Der jeweilige Zyklus wurde beispielsweise als typischer Stadtzyklus gestaltet. Beispielsweise legt das Kraftfahrzeug in den ersten 1000 Sekunden des Zyklus ca. 1,8 km an Fahrstrecke zurück. Etwa die Hälfte der Zeit steht das Kraftfahrzeug still, in diesen Standzeiten läuft, bei aktiver Start-Stopp-Automatik, häufig die auch als Motor oder Verbrennungsmotor bezeichnete Verbrennungskraftmaschine 12 nicht. Bei einem Zeitpunkt werden mehr als 50 km/h erreicht. In den Phasen, in denen der Motor steht, gibt es keinen Luftmassenstrom, der die Wärme des beispielsweise als E-CAT ausgebildeten Heizelements 22 durch die übrige Abgasanlage beziehungsweise Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 transportieren kann. Auch in den Phasen mit laufendem Motor sind die Luftmassenströme aufgrund der geringen Lasten- und Drehzahlen gering. Üblicherweise verlangsamt dies das Aufheizen des SCR-Systems und stellt einen limitierenden Faktor dar, und auch bei sehr großen Heizleistungen läuft die Erwärmung nur geringfügig schneller ab. Diesbezüglich haben die Abgasnachbehandlungseinrichtung 10 und der Hybridkatalysator 38 klare Vorteile gegenüber Systemen gezeigt, bei denen sich ein Oxidationskatalysator wie beispielsweise ein Dieseloxidationskatalysator an einem E-KAT anschließt, da in diesem Fall erst das gesamte Volumen des Oxidationskatalysators durch die Heizscheibe erwärmt werden muss und die Erwärmung des dahinterliegenden SCR-Systems entsprechend verzögert wird. Eine Anordnung eines Stickoxid-Speicherkatalysators stromab beziehungsweise hinter einem Heizelement zeigt jedoch klare Nachteile bezüglich einer Bereitstellung von Stickstoffdioxid für das SCR-System und bezüglich eines Kaltstartverhaltens und dabei auftretender Emissionen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) und Kohlenmonoxid (CO).
Bezugszeichenliste

10: Abgasnachbehandlungseinrichtung
12: Verbrennungskraftmaschine
14: Zylinder
16: Nachbehandlungselement
18: Substrat
20: Beschichtung
22: Heizelement
24: Widerstandsheizelement
26: SCR-System
28: SCR-Katalysator
30: Nachbehandlungselement
32: Substrat
34: Beschichtung
36: Dosierelement
38: Hybridkatalysator
40: Gehäuse
42: Pfeil
A: Außenumfang
B1: Beginn
E1: Ende
S: Stelle
V: Gesamtvolumen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018118035 A1 [0002]

Claims

Abgasnachbehandlungseinrichtung (10) zum Nachbehandeln von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine (12) eines Kraftfahrzeugs, mit einem ersten Nachbehandlungselement (16), welches ein erstes Substrat (18) mit einer zum Speichern von Stickoxiden aus dem Abgas ausgebildeten ersten Beschichtung (20) aufweist, mit einem stromab des ersten Nachbehandlungselements (16) angeordneten, elektrischen Heizelement (22) zum Erwärmen des Abgases, und mit einem stromab des Heizelements (22) angeordneten SCR-Systems (26), dadurch gekennzeichnet, dass stromab des Heizelements (22) und stromauf des SCR-Systems (26) ein zweites Nachbehandlungselement (30) angeordnet ist, welches ein zweites Substrat (32) mit einer oxidationskatalytischen Beschichtung (34) aufweist, wobei sowohl das erste (16) als auch das zweite Nachbehandlungselement (30) frei von elektrischen Heizeinrichtungen ist.
Abgasnachbehandlungseinrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das erste Nachbehandlungselement (16), das Heizelement (22) und das zweite Nachbehandlungselement (30) in einem gemeinsamen Gehäuse (40) angeordnet sind, welches in Strömungsrichtung des Abgases zumindest von einem Beginn (B1) des ersten Nachbehandlungselements (16) bis zu einem Ende (E1) des zweiten Nachbehandlungselements (30) durchgehend den gleichen Außenumfang (A), insbesondere Außendurchmesser, und/oder die gleiche Form aufweist.
Abgasnachbehandlungseinrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Substrat (18) und/oder das zweite Substrat (32) aus einem metallischen oder keramischen Werkstoff gebildet ist.
Abgasnachbehandlungseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (22) in Strömungsrichtung des Abgases kürzer als das erste Nachbehandlungselement (16) und kürzer als das zweite Nachbehandlungselement (30) ist.
Abgasnachbehandlungseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Nachbehandlungselement (16), das Heizelement (22) und das zweite Nachbehandlungselement (30) Bestandteile eines Hybridkatalysators (38) sind.
Abgasnachbehandlungseinrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hybridkatalysator (38) ein sich in Strömungsrichtung des Abgases von einem Beginn (B1) des ersten Nachbehandlungselements (16) bis zu einem Ende (E1) des zweiten Nachbehandlungselements (30) durchgehend erstreckendes Gesamtvolumen (V) aufweist.
Abgasnachbehandlungseinrichtung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Nachbehandlungselement (16) ein sich in Strömungsrichtung des Abgases von dem Beginn (B1) des ersten Nachbehandlungselements (16) bis zu einem Ende (E2) des ersten Nachbehandlungselements (16) durchgehend erstreckendes, erstes Einzelvolumen aufweist, wobei das zweite Nachbehandlungselement (30) ein sich in Strömungsrichtung des Abgases von einem Beginn (B2) des zweiten Nachbehandlungselements (30) bis zu dem Ende (E1) des zweiten Nachbehandlungselements (30) durchgehend erstreckendes, zweites Einzelvolumen aufweist, und wobei die Summe aus dem ersten Einzelvolumen und dem zweiten Einzelvolumen größer als 75% des Gesamtvolumens (V) ist.
Abgasnachbehandlungseinrichtung (10) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (22) bezogen auf die sich von dem Beginn (B1) des ersten Nachbehandlungselements (16) bis zu dem Ende (E1) des zweiten Nachbehandlungselements (30) verlaufende Erstreckung des Gesamtvolumens (V) in dessen mittleren Drittel angeordnet ist.
Abgasnachbehandlungseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet, dass wobei das erste Substrat (18) frei von elektrischen Heizeinrichtungen ist.
Kraftfahrzeug, mit einer Verbrennungskraftmaschine (12), mittels welcher das Kraftfahrzeug antreibbar ist, und mit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.